WO2016092776A1 - オイルリング - Google Patents

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oil ring
oil
axial
axial direction
peripheral surface
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太亮 中村
和之 山畑
充洋 安達
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Riken Corp
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Riken Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/06—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging
    • F16J9/061—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction using separate springs or elastic elements expanding the rings; Springs therefor ; Expansion by wedging using metallic coiled or blade springs
    • F16J9/062—Coiled spring along the entire circumference
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/20—Rings with special cross-section; Oil-scraping rings

Definitions

  • the present invention relates to an oil ring used for a piston of a reciprocating engine (reciprocating internal combustion engine), and in particular, a coil expander is attached to a radially inner portion of an oil ring main body formed in a split ring shape having a joint portion.
  • a coil expander is attached to a radially inner portion of an oil ring main body formed in a split ring shape having a joint portion.
  • an oil ring for sealing lubricating oil is mounted on a piston of a reciprocating engine.
  • an oil ring main body having a web portion having an oil passage hole and a pair of rail portions integrally provided on both sides (upper and lower) in the axial direction of the web portion, and the oil ring 2.
  • a coil expander that is mounted on a radially inner portion of a main body and biases an oil ring main body radially outward is known.
  • the oil ring body is formed in a split ring shape having an abutment portion, and can be expanded (expanded) by being biased radially outward by a coil expander.
  • the oil ring body is expanded by being energized by a coil expander, and the sliding contact surface facing the radial outer side of each rail portion comes into contact with the inner peripheral surface of the cylinder with a constant contact pressure (surface pressure), whereby the piston
  • a constant contact pressure surface pressure
  • the oil ring is also controlled by the oil scraping action during the piston lifting stroke and the amplification of the oil scraping action.
  • a material having a performance capable of reducing oil consumption while reducing friction with respect to the inner peripheral surface In order to meet such demands, oil rings having various shapes on the outer peripheral surface facing radially outward have been proposed.
  • Patent Document 1 discloses an oil ring having a shape in which outer peripheral surfaces of upper and lower rail portions are provided with a tapered portion that gradually decreases in diameter toward a portion of the combustion chamber toward the combustion chamber. Are listed.
  • An object of the present invention is to provide an oil ring that can reduce the fuel consumption of an engine while reducing oil consumption over a long period of time. There is.
  • An oil ring of the present invention includes an oil ring main body formed in a split ring shape including a web portion and a pair of rail portions integrally provided on both sides in the axial direction of the web portion, and an abutment portion, and the oil ring A coil expander that is attached to a radially inner portion of the main body and biases the oil ring main body outward in the radial direction. Lands projecting radially outward from the pair, the lands are each provided with a pair of axial side portions facing in the axial direction, and one axial side portion at one end in the axial direction via a first curved portion.
  • the split ring shape provided with the abutment part is formed in the C shape where the oil ring main body was cut
  • the “axial direction” is a direction along the axis of the split ring-shaped oil ring body.
  • the outer peripheral surface of the protrusion is formed in a half barrel shape.
  • the outer peripheral surface of the protrusion is preferably formed in a cylindrical surface shape parallel to the axial direction.
  • a radial height of the protruding portion with respect to a connecting portion between the protruding portion and the tapered portion is 0.018 mm or more.
  • the tapered portion is preferably formed in a conical surface shape inclined at an angle of 55 ° or less with respect to the axial direction.
  • a radius of the outer peripheral surface of the first curved portion and a radius of the outer peripheral surface of the second curved portion are each 0.12 mm or less.
  • an axial length of the tapered portion is 0.05 mm or more.
  • the present invention it is possible to suppress the oil rise by bringing the protruding portion into contact with the inner peripheral surface of the cylinder with high surface pressure, and to reduce the oil consumption of the engine in which this oil ring is used.
  • the wedge effect that occurs between the tapered part and the inner peripheral surface of the cylinder makes it easier to supply oil between the protruding part and the inner peripheral surface of the cylinder, thereby suppressing the wear of the protruding part over a long period of time.
  • An oil ring 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is also called an oil control ring, and is used by being mounted in a ring groove formed on the outer peripheral surface of a piston of a diesel engine, for example.
  • the oil ring 1 is a two-piece type and includes an oil ring main body 10 and a coil expander 20.
  • the oil ring main body 10 is formed in a split ring shape having a joint portion 10a. That is, the oil ring main body 10 is formed in a C shape in which a part in the circumferential direction is cut and the cut portion becomes the joint portion 10a.
  • the oil ring main body 10 can be made of, for example, steel (steel material).
  • the oil ring main body 10 can be elastically deformed so that the joint portion 10a is separated in the circumferential direction, and can be expanded (expanded diameter) outward in the radial direction.
  • the oil ring main body 10 when the oil ring main body 10 is disposed in the cylinder while being attached to the piston, the oil ring main body 10 has a substantially annular shape with the abutment portion 10a closed, and can seal the oil over the entire circumference of the piston.
  • the oil ring main body 10 includes a web portion 11 and a pair of rail portions 12, and a cross section thereof is substantially M-shaped.
  • the web portion 11 is formed in a thin cylindrical shape, and a plurality of oil passage holes 13 penetrating the web portion 11 in the radial direction are arranged at intervals in the circumferential direction at a central position in the axial direction.
  • These oil passage holes 13 can be formed, for example, as long holes or circular holes.
  • the pair of rail portions 12 are provided integrally with the web portion 11 on one side and the other side of the web portion 11 in the axial direction, respectively.
  • Each rail portion 12 has a radial thickness dimension larger than a radial thickness dimension of the web portion 11, and the web portion 11 is connected to the rail portion 12 at a radial intermediate portion of each rail portion 12. Yes.
  • a mounting groove 14 for mounting the coil expander 20 is provided on the radially inner portion (inner peripheral surface) of the oil ring main body 10.
  • the mounting groove 14 has a semicircular concave cross section extending from the web portion 11 to both rail portions 12 and extends over the entire circumference of the oil ring body 10 along the circumferential direction.
  • the coil expander 20 is formed by winding a wire formed of steel or the like into a coil shape and connecting both ends thereof to form an annular shape.
  • the coil expander 20 is elastically deformable in the radially inner and outer directions, and the outer diameter dimension in the natural state is larger than the inner diameter dimension of the oil ring main body 10.
  • the coil expander 20 is mounted in the mounting groove 14 of the oil ring main body 10 while being elastically deformed in the reduced diameter direction, and urges the oil ring main body 10 outward in the radial direction.
  • the radius seen from the direction perpendicular to the circumferential direction of the coil expander 20 is slightly smaller than the radius of the mounting groove 14 of the oil ring main body 10.
  • Lands 30 are integrally provided on the outer peripheral ends of the pair of rail portions 12 facing radially outward.
  • Each of the lands 30 is formed in an annular shape that protrudes radially outward from the outer peripheral end of the corresponding rail portion 12 and extends over the entire circumference of the rail portion 12.
  • the land 30 is provided below on the upper rail portion 12. A description will be given based on the land 30.
  • the land 30 has an upper axial side portion 31 that faces one side in the axial direction (combustion chamber side) and a lower axial side portion 32 that faces the other axial side (crank chamber side). is doing. Further, a tapered portion 33 and a protruding portion 34 are provided between these axial side portions 31 and 32.
  • the tapered portion 33 is directed from one axial side (upper side in FIG. 3), which becomes the combustion chamber side when the oil ring 1 is attached to the piston P, to the other axial side (lower side in FIG. 3). It is formed in a taper shape that gradually increases in diameter.
  • the tapered portion 33 can produce a wedge effect with the inner peripheral surface of the cylinder C when the piston P moves upward in FIG. 2 in the compression process and the exhaust process. By this wedge effect, it is easy to supply oil between the protrusion 34 and the inner peripheral surface of the cylinder C, and wear of the protrusion 34 can be effectively suppressed.
  • the tapered portion 33 can be formed in a conical surface shape whose diameter gradually increases from one side in the axial direction toward the other side.
  • the angle ⁇ with respect to the axial direction of the tapered portion 33 is preferably greater than 0 ° and not greater than 55 °.
  • tapered portion 33 is not limited to a conical surface shape, and various shapes such as a concave surface or a tapered surface shape curved into a convex shape can also be employed.
  • the axial length L of the tapered portion 33 is preferably 0.05 mm or more. Accordingly, a wedge effect is effectively generated between the tapered portion 33 and the inner peripheral surface of the cylinder C, and oil is efficiently supplied between the protruding portion 34 and the inner peripheral surface of the cylinder C. Can do.
  • One end of the tapered portion 33 in the axial direction is connected to the upper axial side portion 31 through the first curved portion 35.
  • the other end in the axial direction of the tapered portion 33 is continuous with the axial direction of the projecting portion 34, and the other end in the axial direction of the projecting portion 34 is connected to the lower axial direction via the second bending portion 36. It continues to the side part 32.
  • the first curved portion 35 is formed on a curved surface that smoothly connects between the upper axial side portion 31 and the tapered portion 33, and the second curved portion 36 is formed with the lower axial side portion 32. It is formed in the curved surface which connects between the protrusion parts 34 smoothly.
  • the shape of the outer peripheral surface in the cross section perpendicular to the circumferential direction of these curved portions 35 and 36 can be an arc.
  • the radius R of the outer peripheral surface of each curved portion 35, 36 is preferably 0.12 mm or less.
  • the outer peripheral surface of the protruding portion 34 can be configured such that the outer peripheral surface 34a has a half barrel shape, for example, as shown in FIG. That is, the protrusion 34 can be configured to be formed in an annular shape extending over the entire circumference of the rail portion 12 while the cross-sectional shape perpendicular to the circumferential direction is a semicircular shape.
  • the protrusion 34 protrudes in a direction perpendicular to the tapered portion 33 with respect to the tapered portion 33. Therefore, the land 30 is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder C at the protrusion 34.
  • the tapered portion 33 can be in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder C in addition to the protrusion 34.
  • the land 30 includes the tapered portion 33 and the protruding portion 34 on the outer peripheral surface thereof, and has a configuration in which the protruding portion 34 is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder C. Can be brought into contact with the inner peripheral surface with high surface pressure. Therefore, the oil adhering to the inner peripheral surface of the cylinder C can be surely scraped off by the protrusion 34, and the oil rise, that is, the oil consumption of the engine in which the oil ring 1 is used can be reduced.
  • the protruding portion 34 is provided with the tapered portion 33 adjacent thereto, and due to the wedge effect generated between the tapered portion 33 and the inner peripheral surface of the cylinder C, the protruding portion 34 and the cylinder C are provided.
  • the oil is effectively supplied between the inner peripheral surface of the oil. Therefore, even if the protrusion 34 is brought into contact with the inner surface of the cylinder C with a high surface pressure, wear of the protrusion 34 can be effectively suppressed by the abundantly supplied oil. In addition, the fuel consumption of the engine can be reduced while reducing the oil consumption.
  • the radial height H of the protrusion 34 with respect to the connecting portion between the protrusion 34 and the tapered portion 33 is 0.018 mm or more.
  • the protrusion 34 is not limited to the half-barrel shape as shown in FIG. 3, but can be configured to have a cylindrical surface shape whose outer peripheral surface 34 a is parallel to the axial direction as shown in FIG. 4, for example. With such a configuration, it is possible to obtain an effect of making it difficult to wear the protruding portion 34 and reducing the fuel consumption of the engine while reducing the oil consumption over a longer period.
  • the portions of the rail portions 12 where the lands 30 are not provided are tapered surfaces 40 that gradually increase in diameter from the side surfaces facing the axially outer side of the rail portions 12 toward the lands 30. Is formed. These tapered surfaces 40 produce a wedge effect with the inner peripheral surface of the cylinder C, so that oil can be supplied to the land 30 more effectively.
  • a hard layer (hard film) can be formed on the surface of the land 30 of the oil ring main body 10.
  • the hard layer for example, a configuration including at least one of a nitriding layer, a PVD processing layer, a hard chrome plating layer, and a DLC layer can be employed.
  • PVD treatment layer means “a layer formed by physical vapor deposition (Physical Vapor Deposition)”, and the “DLC (Diamond-Like Carbon) layer” means a non-condensed material mainly composed of hydrocarbon or carbon. It means a crystalline hard carbon film.
  • oil rings of Examples 1 and 2 of the present invention and an oil ring of a comparative example for comparison with the present invention are prepared, and friction loss measurement is performed on these oil rings.
  • a test and an oil consumption measurement test were conducted, and the test results were compared.
  • the oil ring according to the first embodiment has the shape shown in FIGS. 1 to 3, the radius R of the first curved portion is 0.06 mm, the angle ⁇ with respect to the axial direction of the tapered portion is 2 °, and the axial length of the tapered portion.
  • the thickness L is 0.05 mm, the radial height H of the protrusion is 0.018 mm, and the radius R of the second curved portion is 0.06 mm.
  • the oil ring of Example 2 has a radius R of the first curved portion of 0.12 mm, an angle ⁇ with respect to the axial direction of the tapered portion of 55 °, and an axial length of the tapered portion.
  • the length L is 0.11 mm
  • the radial height H of the protrusion is 0.200 mm
  • the radius R of the second curved portion is 0.12 mm.
  • the oil ring of the comparative example does not have a land at the outer peripheral end of each rail portion, and the outer peripheral end of each rail portion has a contact width of 0.2 mm of the cylinder C. It is configured to slidably contact the inner peripheral surface.
  • the oil rings of Examples 1 and 2 and the comparative example were all used by being attached to a piston of a diesel engine, the oil ring body was made of a steel material equivalent to JIS SWRH77B, and the nominal diameter was ⁇ 86.
  • the combined tension of the oil ring main body and the spacer expander was set so that the surface pressure of the sliding contact surface was 2.0 MPa.
  • the measurement test of friction loss was performed using a floating liner type ring single-reciprocation tester (bore diameter 86 mm, stroke 72 mm), and evaluated by friction average effective pressure (FMEP: Friction Mean Effective Pressure).
  • FMEP Friction Mean Effective Pressure
  • a cast iron cylinder liner having a surface roughness of 2 to 4 ⁇ m in terms of 10-point average roughness (Rz) was used as the counterpart material on which the outer peripheral surface of the oil ring slides.
  • the oil ring of Examples 1 and 2 and the oil ring of the comparative example were sequentially attached to the piston of this testing machine, and the frictional force applied from the oil ring to the cylinder liner when the piston reciprocated was measured by a load measuring sensor. .
  • the rotation speed at the time of measurement was 1500 rpm, and the temperature of the oil supplied to the inner surface of the cylinder liner was 25 ° C.
  • Table 1 shows the test results of friction loss (friction average effective pressure) and oil consumption. Each test result was shown as a ratio with respect to the reference when the comparative example was used as a reference and the test result of the comparative example was set to 100.
  • Example 2 the angle ⁇ with respect to the axial direction of the tapered portion is increased, and the radial height H of the protrusion is increased, thereby increasing the durability against wear of the protrusion.
  • the oil consumption can be reduced over a long period of time.
  • the oil ring 1 of the present invention is described as being attached to a piston of a diesel engine.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to an oil ring attached to a piston of a gasoline engine. Can also be applied.
  • the material of the oil ring main body 10 is not limited to steel, and other materials can be used.

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Abstract

　オイルリング本体（１０）とコイルエキスパンダー（２０）とを有するオイルリング（１）において、オイルリング本体（１０）の一対のレール部（１２）の外周端に、それぞれレール部（１２）から径方向外側に向けて突出するランド（３０）を設け、ランド（３０）を、それぞれ軸方向を向く一対の軸方向側部（３１、３２）と、軸方向の一端において一方の軸方向側部（３１）に第１湾曲部（３５）を介して連なるテーパ状部（３３）と、軸方向の一端においてテーパ状部（３３）の軸方向の他端に連なり、軸方向の他端において他方の軸方向側部（３２）に第２湾曲部（３６）を介して連なるとともに、テーパ状部（３３）に対して該テーパ状部（３３）に垂直な方向に突出する突起部（３４）と、を有する構成とする。

Description

オイルリング
　本発明は、レシプロエンジン（往復動内燃機関）のピストンに用いられるオイルリングに関し、特に、合口部を備えた割りリング形状に形成されたオイルリング本体の径方向内側部分にコイルエキスパンダーが装着されてなる２ピースタイプの組合せオイルリングに関する。
　従来から、レシプロエンジンのピストンには、燃焼ガスをシールするためのコンプレッションリングに加えて、潤滑用のオイルをシールするためのオイルリングが装着されている。
　オイルリングには、主としてガソリンエンジンに用いられる３ピースタイプのものと、主としてディーゼルエンジンに用いられる２ピースタイプのものとがあるが、低燃費化等の要請から、ガソリンエンジンにおいても、より軸方向幅を薄型化することが可能な２ピースタイプのオイルリングが用いられるようになってきている。
　このような２ピースタイプのオイルリングとしては、通油孔を有するウェブ部とこのウェブ部の軸方向両側（上下）に一体に設けられる一対のレール部とを有するオイルリング本体と、このオイルリング本体の径方向内側部分に装着されてオイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーの２つのパーツで構成されたものが知られている。この場合、オイルリング本体は合口部を備えた割りリング形状に形成され、コイルエキスパンダーにより径方向外側に向けて付勢されることで拡張（拡径）できるようになっている。そして、オイルリング本体がコイルエキスパンダーにより付勢されて拡張し、各レール部の径方向外側を向く摺接面がシリンダの内周面に一定の接触圧力（面圧）で接触することにより、ピストンが往復動したときに、一対のレール部の間に滞留するオイルをシリンダの内周面に塗布するとともに余分なオイルをレール部により掻き落としつつ通油孔を通してクランク室へ戻し、シリンダの内周面に適切な厚みの油膜を形成するようになっている。
　近年、低燃費や低オイル消費などの市場要求による内燃機関用エンジンの性能向上に伴い、オイルリングにも、ピストン上昇行程時のオイル掻きあげ作用の制御やオイル掻き落とし作用の増幅により、シリンダの内周面に対するフリクションを低減させつつオイル消費量を低減させ得る性能を有したものが求められている。このような要求に対応するために、径方向外側を向く外周面を種々の形状としたオイルリングが提案されている。
　例えば特許文献１には、上下のレール部の外周面を、その燃焼室側の一部に該燃焼室の側に向けて徐々に縮径するテーパ状の部分を設けた形状としたオイルリングが記載されている。
特開平９－１４４８８１号公報
　しかしながら、上記した従来のオイルリングでは、シリンダの内周面に対する各レール部の摺接面の面積が小さくなるので、当該摺接面のシリンダの内周面に対する面圧が高まり、これによりオイル上がりを抑制してオイル消費量を低減することができるが、その一方で、摺接面はその面圧が高まることにより摩耗し易くなり、長期間使用するとオイル掻き落とし作用が低減してオイル消費量が増加することになる。また、各レール部のシリンダの内周面との摺接面の面積が小さくなると、当該摺接面に発生する面圧が高まり、これによりシリンダの内周面に対するフリクションが高まって、このオイルリングが用いられるエンジンの燃費を悪化させることになる。
　本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減することができるオイルリングを提供することにある。
　本発明のオイルリングは、ウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備えるとともに合口部を備えた割りリング形状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着されて前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、一対の前記レール部の外周端に、それぞれ該レール部から径方向外側に向けて突出するランドが設けられ、前記ランドが、それぞれ軸方向を向く一対の軸方向側部と、軸方向の一端において一方の前記軸方向側部に第１湾曲部を介して連なるテーパ状部と、軸方向の一端において前記テーパ状部の軸方向の他端に連なり、軸方向の他端において他方の軸方向側部に第２湾曲部を介して連なるとともに、前記テーパ状部に対して該テーパ状部に垂直な方向に突出する突起部と、を有することを特徴とするものである。
　なお、上記構成において、「合口部を備えた割りリング形状」とは、オイルリング本体が、その周方向の一部分において切断されて当該切断部分が合口部となったＣ字形状に形成されていることを意味する。また、「軸方向」とは割リング形状のオイルリング本体の軸心に沿う方向である。
　本発明は、上記構成において、前記突起部の外周面が、半バレル形状に形成されているのが好ましい。
　本発明は、上記構成において、前記突起部の外周面が、軸方向に平行な円筒面形状に形成されているのが好ましい。
　本発明は、上記構成において、前記突起部と前記テーパ状部との連接部分を基準とした前記突起部の径方向高さが０．０１８ｍｍ以上であるのが好ましい。
　本発明は、上記構成において、前記テーパ状部が、軸方向に対して５５°以下の角度で傾斜する円錐面形状に形成されているのが好ましい。
　本発明は、上記構成において、前記第１湾曲部の外周面の半径および前記第２湾曲部の外周面の半径が、それぞれ０．１２ｍｍ以下であるのが好ましい。
　本発明は、上記構成において、前記テーパ状部の軸方向長さが、０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。
　本発明によれば、突起部をシリンダの内周面に高い面圧で当接させることによりオイル上がりを抑制して、このオイルリングが用いられるエンジンのオイル消費量を低減することができる。また、テーパ状部がシリンダの内周面との間で生じるくさび効果によって突起部とシリンダの内周面との間にオイルを供給し易くして、長期間に亘って突起部の摩耗を抑制するとともに突起部のシリンダの内周面に対するフリクションを低減させることができる。したがって、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減することができるオイルリングを提供することができる。
本発明の一実施の形態であるオイルリングの平面図である。 図１に示すオイルリングの使用状態を示す縦断面図である。 図１に示すオイルリングのランドの部分を拡大して示す拡大断面図である。 図３に示すランドの変形例を示す拡大断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。
　図１に示す本発明の一実施の形態であるオイルリング１はオイルコントロールリングとも呼ばれるものであり、例えばディーゼルエンジンのピストンの外周面に形成されたリング溝に装着されて使用される。このオイルリング１は２ピースタイプとなっており、オイルリング本体１０とコイルエキスパンダー２０とを有している。
　図１に示すように、オイルリング本体１０は、合口部１０ａを備えた割リング形状に形成されている。つまり、オイルリング本体１０は、周方向の一部分が切断されて当該切断部分が合口部１０ａとなったＣ字形状に形成されている。オイルリング本体１０は、例えばスチール（鋼材）製とすることができる。オイルリング本体１０は、合口部１０ａが形成されることにより、この合口部１０ａを周方向に離間させるように弾性変形して、径方向外側に向けて拡張（拡径）することができる。また、オイルリング本体１０は、ピストンに装着された状態でシリンダ内に配置されると、合口部１０ａが閉じた略円環状となり、ピストンの全周に亘ってオイルをシールすることができる。
　図２に示すように、オイルリング本体１０はウェブ部１１と一対のレール部１２とを有し、その断面は略Ｍ字形状となっている。
　ウェブ部１１は薄肉の円筒状に形成され、その軸方向の中央位置には、このウェブ部１１を径方向に貫通する複数の通油孔１３が周方向に間隔を空けて並べて設けられている。これらの通油孔１３は、例えば長孔や円形孔に形成することができる。
　一対のレール部１２は、それぞれウェブ部１１の軸方向の一方側および他方側に該ウェブ部１１と一体に設けられている。それぞれのレール部１２は、その径方向厚み寸法がウェブ部１１の径方向厚み寸法よりも大きくされており、ウェブ部１１は各レール部１２の径方向中間部位において当該レール部１２に連ねられている。
　オイルリング本体１０の径方向内側部分（内周面）には、コイルエキスパンダー２０を装着するための装着溝１４が設けられている。この装着溝１４は、ウェブ部１１から両レール部１２にまで達する半円形の凹断面を有し、周方向に沿ってオイルリング本体１０の全周に亘って延びている。
　図１においては簡略化して示すが、コイルエキスパンダー２０は、鋼材等により形成された線材をコイル状に巻いたものを、その両端を接続して円環状に形成して構成されている。このコイルエキスパンダー２０は径方向内外方向に向けて弾性変形自在となっており、その自然状態における外径寸法はオイルリング本体１０の内径寸法よりも大きくなっている。そして、コイルエキスパンダー２０は、図２に示すように、縮径方向に弾性変形した状態でオイルリング本体１０の装着溝１４に装着され、オイルリング本体１０を径方向外側に向けて付勢する。
　なお、コイルエキスパンダー２０の周方向に垂直な方向から見た半径は、オイルリング本体１０の装着溝１４の半径よりも僅かに小さくなっている。
　一対のレール部１２の径方向外側を向く外周端には、それぞれランド３０が一体に設けられている。これらのランド３０は、それぞれ対応するレール部１２の外周端から径方向外側に向けて突出するとともにレール部１２の全周に亘って延びる環状に形成されている。
　次に、図３に基づいて、ランド３０の詳細について説明する。なお、上側のレール部１２に設けられるランド３０と下側のレール部１２に設けられるランド３０は、基本的に同一の形状を有しているので、以下では、上側のレール部１２に設けられたランド３０に基づいて説明する。
　ランド３０は、軸方向の一方側（燃焼室の側）を向く上側の軸方向側部３１と、軸方向の他方側（クランク室の側）を向く下側の軸方向側部３２とを有している。また、これらの軸方向側部３１、３２の間に、テーパ状部３３と突起部３４とを有している。
　テーパ状部３３は、このオイルリング１をピストンＰに装着したときに燃焼室の側となる軸方向の一方側（図３において上側）から軸方向の他方側（図３において下側）に向かうに連れて徐々に拡径するテーパ形状に形成されている。テーパ状部３３は、ピストンＰが圧縮工程および排気工程において図２中で上方に移動する際に、シリンダＣの内周面との間でくさび効果を生じることができる。このくさび効果により、突起部３４とシリンダＣの内周面との間にオイルを供給し易くして、突起部３４の摩耗を効果的に抑制することができる。
　テーパ状部３３は、例えば図３中に示されるように、軸方向の一方側から他方側に向かうに連れて徐々に拡径する円錐面形状に形成することができる。この場合、テーパ状部３３の軸方向に対する角度αは、０°より大きく、５５°以下とするのが好ましい。このような角度範囲とすることにより、テーパ状部３３とシリンダＣの内周面との間に、くさび効果を効果的に生じさせて、突起部３４とシリンダＣの内周面との間にオイルを効率良く供給することができる。
　なお、テーパ状部３３は、円錐面形状に限らず、例えば凹形状や凸形状に湾曲するテーパ面形状のものなど、種々の形状を採用することもできる。
　テーパ状部３３の軸方向長さＬは、０．０５ｍｍ以上とするのが好ましい。これにより、テーパ状部３３とシリンダＣの内周面との間に、くさび効果を効果的に生じさせて、突起部３４とシリンダＣの内周面との間にオイルを効率良く供給することができる。
　テーパ状部３３の軸方向の一端は第１湾曲部３５を介して上側の軸方向側部３１に連なっている。一方、テーパ状部３３の軸方向の他端は突起部３４の軸方向の一体に連なっており、この突起部３４の軸方向の他端が第２湾曲部３６を介して下側の軸方向側部３２に連なっている。
　第１湾曲部３５は、上側の軸方向側部３１とテーパ状部３３との間を滑らかに連ねる湾曲面に形成されており、第２湾曲部３６は、下側の軸方向側部３２と突起部３４との間を滑らかに連ねる湾曲面に形成されている。これらの湾曲部３５、３６の周方向の垂直な断面における外周面の形状は円弧状とすることができる。この場合、それぞれの湾曲部３５、３６の外周面の半径Ｒは、０．１２ｍｍ以下とするのが好ましい。
　突起部３４の外周面は、例えば図３に示されるように、その外周面３４ａが半バレル形状とされた構成とすることができる。つまり、突起部３４は、周方向に垂直な断面形状が半円形状となるとともにレール部１２の全周に亘って延びる環状に形成された構成とすることができる。
　突起部３４は、テーパ状部３３に対して当該テーパ状部３３に垂直な方向に突出している。したがって、ランド３０は突起部３４においてシリンダＣの内周面に摺接する。なお、オイルリング１の作動状態によっては、突起部３４に加えてテーパ状部３３がシリンダＣの内周面に摺接することもできる。
　このように、ランド３０は、その外周面にテーパ状部３３と突起部３４とを備え、突起部３４においてシリンダＣの内周面に摺接する構成となっているので、突起部３４をシリンダＣの内周面に高い面圧で当接させることができる。したがって、突起部３４により、シリンダＣの内周面に付着したオイルを確実に掻き落として、このオイルリング１が用いられるエンジンのオイル上がりつまりオイル消費量を低減させることができる。
　また、上記のように、突起部３４にはテーパ状部３３が隣接して設けられ、このテーパ状部３３がシリンダＣの内周面との間で生じるくさび効果により、突起部３４とシリンダＣの内周面との間には効果的にオイルが供給される。したがって、突起部３４を高い面圧でシリンダＣの内面に当接させるようにしても、豊富に供給されるオイルにより突起部３４の摩耗を効果的に抑制することができ、これにより、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減することができる。
　突起部３４とテーパ状部３３との連接部分を基準とした突起部３４の径方向高さＨは、０．０１８ｍｍ以上とするのが好ましい。これにより、突起部３４の摩耗による消失を長期間に亘って防止して、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減する効果を得ることができる。
　突起部３４は、図３に示すような半バレル形状に限らず、例えば図４に示すように、その外周面３４ａが軸方向に平行な円筒面形状とされた形状に構成することもできる。このような構成により、突起部３４を摩耗しづらくして、さらに長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減する効果を得ることができる。
　図２に示すように、各レール部１２の外周端のランド３０が設けられていない部分は、それぞれレール部１２の軸方向外側を向く側面からランド３０に向けて徐々に拡径するテーパ面４０に形成されている。これらのテーパ面４０がシリンダＣの内周面との間でくさび効果を生じることにより、ランド３０にさらに効果的にオイルを供給することができる。
　オイルリング本体１０のランド３０の表面には、硬質層（硬質皮膜）を形成することもできる。硬質層としては、例えば、窒化処理層、ＰＶＤ処理層、硬質クロムめっき処理層およびＤＬＣ層のうち少なくとも何れか１つの層を備えた構成を採用することができる。このような硬質層を設けることにより、突起部３４の摩耗による消失を長期間に亘って防止して、長期間に亘ってオイル消費量を低減しつつエンジンの燃費を低減する効果を得ることができる。
　なお、「ＰＶＤ処理層」とは「物理気相成長（Physical Vapor Deposition）により形成された層」を意味し、「ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層」とは主として炭化水素や炭素の同素体から成る非晶質の硬質炭素膜を意味する。
　本発明の効果を確認するために、本発明の実施例１、２のオイルリングと、本発明との比較のための比較例のオイルリングとを用意し、これらのオイルリングについて摩擦損失の測定試験とオイル消費量の測定試験とを行い、その試験結果を比較した。
　実施例１のオイルリングは、図１～図３に示す形状において、第１湾曲部の半径Ｒを０．０６ｍｍ、テーパ状部の軸方向に対する角度αを２°、テーパ状部の軸方向長さＬを０．０５ｍｍ、突起部の径方向高さＨを０．０１８ｍｍ、第２湾曲部の半径Ｒを０．０６ｍｍとしたものである。
　実施例２のオイルリングは、図１～図３に示す形状において、第１湾曲部の半径Ｒを０．１２ｍｍ、テーパ状部の軸方向に対する角度αを５５°、テーパ状部の軸方向長さＬを０．１１ｍｍ、突起部の径方向高さＨを０．２００ｍｍ、第２湾曲部の半径Ｒを０．１２ｍｍとしたものである。
　これらの実施例１、２のオイルリングに対して、比較例のオイルリングは、各レール部の外周端にランドを設けず、各レール部の外周端を０．２ｍｍの当り幅でシリンダＣの内周面に摺接するように構成したものである。
　なお、実施例１、２のオイルリングの当り幅は表１に示した他の寸法に従って一義的に決まるので、その記載を省略した。
　実施例１、２および比較例のオイルリングは、何れも、ディーゼルエンジンのピストンに装着して用いられるものとし、そのオイルリング本体をＪＩＳ　ＳＷＲＨ７７Ｂ相当の鋼材製とし、その呼称径をφ８６とした。また、実施例１、２および比較例のオイルリングは、何れも、オイルリング本体とスペーサエキスパンダーとの組合せ張力を摺接面の面圧が２．０ＭＰａとなるように設定した。
　摩擦損失の測定試験は、浮動ライナー式のリング単体往復動試験機（ボア径８６ｍｍ、ストローク７２ｍｍ）を用いて行い、摩擦平均有効圧（ＦＭＥＰ：Friction Mean Effective Pressure）により評価した。この試験機において、オイルリングの外周面が摺動する相手材としては、面粗度が十点平均粗さ（Ｒｚ）で２～４μｍとなる鋳鉄のシリンダライナーを用いた。
　この試験機のピストンに実施例１、２のオイルリングおよび比較例のオイルリングを順次装着し、ピストンが往復動するときにオイルリングからシリンダライナーに加えられる摩擦力を荷重測定用センサーにより測定した。測定時の回転数は１５００ｒｐｍ、シリンダライナーの内面に供給するオイルの温度は２５℃とした。
　一方、オイル消費量の測定試験は、水冷４サイクルの自然吸気式のガソリンエンジン（４気筒、排気量２０００ｃｃ）を用い、このエンジンのピストンに実施例１、２のオイルリングおよび比較例のオイルリングを順次装着した実機試験により行った。試験条件は、回転数６５００ｒｐｍ、全負荷（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）運転およびパターン運転の繰り返しとした。オイル消費量は、所定時間行った測定試験の前後におけるオイルの量から算出した。
　表１に、摩擦損失（摩擦平均有効圧）とオイル消費量の試験結果を示す。何れの試験結果も、比較例を基準とし、当該比較例の試験結果を１００とした場合における当該基準との比率で示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から、本発明の実施例１、２のオイルリングは、何れも、比較例のオイルリングよりも、摩擦損失（摩擦平均有効圧）およびオイル消費量を低減可能であることが解った。
　また、実施例１と実施例２との比較から、テーパ状部の軸方向に対する角度αを増加させるとともに突起部の径方向高さＨを増加させることにより、突起部の摩耗に対する耐久性を高めて、長期間に亘ってオイル消費量を低減可能であることが解った。
　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　例えば、前記実施の形態においては、本発明のオイルリング１をディーゼルエンジンのピストンに装着されるものとして説明しているが、これに限らず、ガソリンエンジンのピストンに装着されるオイルリングに本発明を適用することもできる。
　また、オイルリング本体１０の材質は鋼材に限らず他の材質とすることもできる。
　１　　オイルリング
１０　　オイルリング本体
１０ａ　合口部
１１　　ウェブ部
１２　　レール部
１３　　通油孔
１４　　装着溝
２０　　コイルエキスパンダー
３０　　ランド
３１　　上側の軸方向側部
３２　　下側の軸方向側部
３３　　テーパ状部
３４　　突起部
３４ａ　外周面
３５　　第１湾曲部
３６　　第２湾曲部
４０　　テーパ面
　Ｐ　　ピストン
　α　　角度
　Ｃ　　シリンダ
　Ｌ　　軸方向長さ
　Ｒ　　半径
　Ｈ　　径方向高さ

Claims (7)

  1. 　ウェブ部と該ウェブ部の軸方向両側に一体に設けられる一対のレール部とを備えるとともに合口部を備えた割りリング形状に形成されたオイルリング本体と、該オイルリング本体の径方向内側部分に装着されて前記オイルリング本体を径方向外側に向けて付勢するコイルエキスパンダーと、を有するオイルリングであって、
    　一対の前記レール部の外周端に、それぞれ該レール部から径方向外側に向けて突出するランドが設けられ、
    　前記ランドが、
    　それぞれ軸方向を向く一対の軸方向側部と、
    　軸方向の一端において一方の前記軸方向側部に第１湾曲部を介して連なるテーパ状部と、
    　軸方向の一端において前記テーパ状部の軸方向の他端に連なり、軸方向の他端において他方の軸方向側部に第２湾曲部を介して連なるとともに、前記テーパ状部に対して該テーパ状部に垂直な方向に突出する突起部と、を有することを特徴とするオイルリング。
  2. 　前記突起部の外周面が、半バレル形状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のオイルリング。
  3. 　前記突起部の外周面が、軸方向に平行な円筒面形状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のオイルリング。
  4. 　前記突起部と前記テーパ状部との連接部分を基準とした前記突起部の径方向高さが０．０１８ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のオイルリング。
  5. 　前記テーパ状部が、軸方向に対して５５°以下の角度で傾斜する円錐面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオイルリング。
  6. 　前記第１湾曲部の外周面の半径および前記第２湾曲部の外周面の半径が、それぞれ０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のオイルリング。
  7. 　前記テーパ状部の軸方向長さが、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のオイルリング。
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